【文章內(nèi)容簡介】 簡便方法不能構(gòu)造出來自分布光源的陰影。如果要把分布光源造成的陰影也考慮進去，則必須計算陰影的 本影和半影 。 第三節(jié) 陰 影 不透明體遮住 光源 時，如果光源是比較大的發(fā)光體，所產(chǎn)生的 影子 就有兩部分，完全暗的部分叫 本影 ，半明半暗的部分叫半影 。 當(dāng)要顯示一個客體時，可以分別對觀察點及各點光源實施同樣的消除隱藏面的算法，分別對觀察點及各點光源確定出相應(yīng)的可見部分和不可見部分，然后把所得結(jié)果進行整理，通過正確形成明暗而表現(xiàn)出來。 當(dāng)要對同一物體從許多不同觀察點進行觀察時，對所看到的一系列情形， 可以只做一次發(fā)現(xiàn)陰影的計算 ，因為當(dāng)點光源相對物體是固定時 .陰影實際上和觀察點的位置無關(guān)。 計算陰影還有許多其他的方法。對由多邊形表面組成的客體 , 是對從光源來說是完全可見或者部分可見的多邊形 ,都附加上另一個與之共面的多邊形 ,稱為 細碎多邊形 . 計算細碎多邊形的方法 ,是用遮擋光線多邊形的投影 ,相對多邊形表面 ,用對多邊形進行剪裁的算法進行剪裁 . 下圖示意說明了這種情況 .圖中在立方體和光源之間有一個不透明的三角形面 ,立方體有兩個面產(chǎn)生了陰影 ,在那兩個面上附加上了細碎多邊形 . 從觀察點看是可見的 ,并且被細碎多邊形覆蓋的部分 ,要進行全部的明暗處理 ,即要同時計算漫射照明及具體光源照明等結(jié)合起來的效果 .從觀察點看是可見的 ,但沒有被細碎多邊形覆蓋的部分 .實際上是在陰影之中 ,應(yīng)該只計算漫射照明引起的效果。 光源在無窮遠處 投射陰影的多邊形 細碎多邊形 位于立方體頂面的陰影 位于多邊形前面的陰影 完全位于陰影中的面，因而并不加上細碎多邊形 第四節(jié) 紋 理 紋理 (texture) 物體的表面細節(jié) 光滑表面上額外地增加 圖案 ,當(dāng)圖案加上后 ,表面仍然保持光滑 ,這一過程基本上可用一個 映射函數(shù) 描述 。 表面呈現(xiàn)出 凸凹 不平的形狀 ,這一過程可用一個 擾動函數(shù) 來描述 . 光滑表面上描繪花紋是花紋圖案在客體表面上的映射 ,即可以表示為由一個坐標(biāo)系至另一個坐標(biāo)系的變換 . 在紋理空間的正交坐標(biāo)系 (u,w)中定義一個紋理圖案 ,而在另一個正交坐標(biāo)系 (s,t)中定義了一個表面 ,那么 ,通過一個函數(shù)變換 ,即一個映射函數(shù)來把花紋繪制到表面上去 . s=?(u ,w) t=g(u ,w) 或 u=h(s ,t) w=k(s,t) 最簡單的映射 ,可以是一個線性函數(shù) .如 s=Au+B , t=Cw+D 紋理的定義可能不是由 數(shù)學(xué)函數(shù) 給出的 ,這樣的紋理包括一般繪制的 圖案 及 照片 等其它形式的圖案 .這多用一個二維數(shù)組定義 ,數(shù)組代表一個用于光柵圖形顯示的位圖 . 顯示紋理圖案涉及從 物體空間到圖象空間 ,以及從紋理空間到物體空間的變換 ,此外還要進行適當(dāng)?shù)囊晥D變換 . 我們可以用 Catmull的分割算法來實現(xiàn)紋理的顯示 ,在這個算法中 ,曲面片不斷地被分割 ,直至每一個子曲面片僅包含一個象素中心為止 ,然后 ,將子曲面片中心的參數(shù)值映射到紋理空間中 ,根據(jù)紋理空間中相交點處的花紋圖象值決定該像素處的光強 . 對于具有不同粗糙程度的物體表面紋理的實現(xiàn) ,可以通過對表面法向量進行擾動 ,來產(chǎn)生凹凸不平的視覺效果 . Blinn通過在原始表面上增加一個干擾函數(shù) T(u,v),來定義一個具有粗糙紋理效果的新表面 . 設(shè) O(u,v)是一個表面 ,用 (u,v)來表示該表面上的一點 . 表示此點的法向量 新表面上對應(yīng)點的位量矢量為 : VOuON??????NNv)T(u,v)O(u,v)(u,O39。 ?? 新的表面的法向量為 vO39。uO39。N39。??????)NN(uv)T ( u ,NNuTuOuO39。????????????)NN(vv)T ( u ,NNvTvOvO39。???????????? 當(dāng) T(u,v)很小時 ,上式中的最后一項可以忽略 ,則有 : NNuTuOuO39。?????????NNvTvOvO39。?????????2NN)T u T v ( NNO u )T v ( NNO v )T u ( NvOuOVO39。uO39。N39。??????????????????NO u )T v ( NNO v )T u ( NNN39。????? 或 N39。=N+D,D為一個干擾向量 ,在這里為上式后兩項的和 . 第五節(jié) 整體光照明模型 局部光照明模型 不考慮周圍環(huán)境對當(dāng)前景物表面的光照明影響，忽略了光能在環(huán)境景物之間的傳遞，因此很難生成表現(xiàn)自然界雜場景的高質(zhì)量真實感圖形。為了增加圖形的真實感，必須考慮環(huán)境的 漫射、鏡面反射和規(guī)則透射 對景物表面產(chǎn)生的 整體照明效果 。 表現(xiàn)場景整體照明效果的一個重要方面是 透明現(xiàn)象的模擬 。 透過透明性能很好的透明體，如玻璃窗，觀察到的 景物不會產(chǎn)生變形 。但透過另一些透明物體，如透明球等進行觀察時，位于 其后的景物呈現(xiàn)嚴(yán)重的變形 。這種變形是由于光線穿過透明介質(zhì)時發(fā)生 折射 而引起的，因而是一種幾何變形。有些透明物體的透明性更差，觀察者通過它們看到的只是背后景物朦朧的輪廓。 這種模糊變形是由于透明體表面粗糙或透明物體材料摻有雜質(zhì)以至于從某方向來的透射光宏觀上不遵從折射定律而向各個方向散射。此外，透明材料的濾光特性也影響透明性能。 整體光照明模型還要模擬光在景物之間的 多重反射 . 一般來說，物體表面入射光除來自光源外，還來自四面八方不同景物表面的反射 。局部光照明模型簡單地將周圍環(huán)境對景物表面光亮度的貢獻概括成一均勻入射的環(huán)境分量并用一常數(shù)表示，忽略了來自環(huán)境的鏡面反射光和漫射光，使圖形真實性受到影響。 透射光亮度的簡單模擬 I=(1tt)Ic+ttIt, 0≤t t≤1 在玻璃杯的邊緣處，由于介質(zhì)的厚度增加，因而使透明度降低。這時可取下式來表現(xiàn)這種效果： tt = tmin + (tmax – tmin)[1(1 )] Whitted光照明模型 Whitted在 Phong模型中增加了環(huán)境鏡面反射光亮度 Is和環(huán)境規(guī)則透射光亮度 It，以模擬周圍環(huán)境的光投射在景物表面上產(chǎn)生的理想鏡面反射和規(guī)則透射現(xiàn)象。 dzN Whitted模型基于下列假設(shè)：景物表面向空間某方向 V輻射的光亮度 I由三部分組成，一是由 光源直接照射 引起的反射光亮度 Ic，另一是沿 V的 規(guī)則透射方向r來的環(huán)境光 Is投射在光滑表面上產(chǎn)生的鏡面反射光，最后是沿 V的規(guī)則投射方向t來的環(huán)境光 It 通過透射在透明體表面上產(chǎn)生的規(guī)則透射光， Is和 It分別表示了環(huán)境在該物體表面上的鏡面映像和透射映像 Whitted模型可用以下公式求出： I=Ic+ksIs+ ktIt 其中 ks和 kt為反射系數(shù)和透射系數(shù)，它們均在 0至 1之間取值。 在 Whitted模型中， Ic的計算可采用 Phong模型，因此，求解模型的